[发明专利]具有可视化视窗的柴油机燃烧室

说明书

本发明公开了一种具有可视化视窗的柴油机燃烧室，其结构是：石英缸套与金属缸套衔，加长活塞置于石英缸套和金属缸套内。加长活塞顶部燃烧室的内壁圆周铣削去除90度扇形体积，石英玻璃视窗镶嵌填补在被铣削去除后的燃烧室内壁90度扇形体积位置。石英玻璃视窗上部设有燃烧室压板，通过螺栓将燃烧室压板与加长活塞以及石英玻璃视窗固定，使得石英玻璃视窗与加长活塞成为一体。该可视化燃烧室，解决了传统简化燃烧室对流场造成的失真及难以获取燃烧室内竖直方向流场的问题。从视窗一侧边缘打入竖直激光片光源，抵达对面的燃烧室壁面，高速相机与片激光相互垂直，通过石英视窗可以获取气缸中心到壁面位置全部区域竖直面上的流场信息。

技术领域

本发明属于发动机结构技术，具体涉及可对发动机燃烧室进行可视化的设计结构。

背景技术

在发动机燃烧诊断实验中，由于传统的介入式测量方法对缸内流场会产生一定的干扰，因此光学测试手段被广泛应用于对发动机缸内流动、混合气形成及燃烧诊断中。利用激光与高速摄影相机，通过可视化视窗获取缸内油气混合及燃烧信息，对发动机的研究与开发具有重要指导意义。

发动机燃烧室是由缸盖底面、活塞顶与缸套三部分围成的，所以从结构上有三种可视化设计方法：(1)通过气缸盖测量缸内流场，但四冲程发动机均为顶置气门式，因此该方法受到空间结构上的限制。(2)将气缸设计成可视化结构，从侧面直接获取缸内流场信息，该结构曾得到广泛应用。但对于柴油机活塞顶部凹坑式燃烧室来说，由于活塞本身的视场限制，因此该种方法不能获取凹坑燃烧室内的流场信息。(3)将活塞顶部设计为透明可视化，通过活塞顶部的可视化窗口观测缸内流场。

对于柴油机而言，油气混合与燃烧过程主要是在活塞顶部的燃烧室内发生的，因此柴油机可视化燃室的设计主要关注燃烧室内流场信息的获取。由于活塞顶部燃烧室的形状有深坑形、浅盆等多种形式，结构形状复杂，整体采用石英玻璃材料加工难以实现。一方面由于对复杂曲面的石英材料加工的工艺要求苛刻；另一方面整体石英式燃烧室的结构强度低，在活塞高速运动中容易破碎，此外石英玻璃的燃烧室安装固定也存在诸多困难。

目前将活塞部顶燃烧室设计成为直口型，类似于圆柱凹坑的形状，将燃烧室底部设计成可视化玻璃视窗，通过加长活塞顶部视窗获取发动机燃烧室内的流动与燃烧情况。例如，中国发明专利CN 101846008A公开了这种设计结构。其缺陷是结构简化幅度过大，与实际燃烧室有较大差异，从而造成缸内流场失真，并且只能获取水平截面流场信息，难以获取垂直面上的流动信息。而本发明的提出可以弥补这一主要缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有可视化视窗的柴油机燃烧室，避免了简化燃烧室造成的缸内流场失真以及全玻璃式燃烧室结构强度不足的问题，可以方便获取燃烧室内的流场信息。

本发明的技术原理与结构如下：具有可视化视窗的柴油机燃烧室包括：燃烧室压板、石英玻璃视窗、加长活塞、连接螺栓、活塞环、石英缸套、以及金属缸套等。石英缸套与金属缸套衔接在一起，加长活塞置于石英缸套和金属缸套内。加长活塞顶部燃烧室的内壁圆周铣削去除90度扇形体积，石英玻璃视窗镶嵌填补在被铣削去除后的燃烧室内壁90度扇形体积位置。加长活塞开有两道活塞环槽，活塞环槽位于石英玻璃视窗以下。石英玻璃视窗上部设有燃烧室压板，通过连接螺栓将燃烧室压板与加长活塞以及石英玻璃视窗固定，使得石英玻璃视窗与加长活塞成为一体。

与现有技术相比：为了能够实时观察燃烧室的动态燃烧过程，同时又能保证石英玻璃视窗与(活塞)燃烧室衔接的结构强度，为此将燃烧室壁铣削去除1/4，铣削深度与燃烧室底面齐平，从而为可视化视窗预留空间。活塞环槽设在可视化视窗以下，避免活塞环经过石英缸套与金属缸套衔接位置而造成的机体振动与噪声。石英玻璃视窗安装在加长活塞可视化视窗空间内，其主体结构形状与加长活塞被铣削去除部分完成相同。为了解决石英玻璃视窗与燃烧室压板牢固衔接难题，在石英玻璃视窗的顶部加工预留定位销，定位销与燃烧室压板上的定位孔配合，同时通过螺栓将燃烧室压板与加长活塞(石英玻璃视窗)固定。